1
EFEKTIVITAS KOAGULAN CAIR BERBASIS LEMPUNG ALAM UNTUK MENYISIHKAN ION Mn (II) DAN Mg (II) DARI AIR GAMBUT
M. Fetriyeni1, Muhdarina2, Nurhayati2
1
Mahasiswa Program Studi S1 Kimia 2
Bidang Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Binawidya Pekanbaru,28293, Indonesia Marlisa_Fetriyeni@yahoo.com
ABSTRACT
Clay as abundant natural products can be used for various things, one of which is a coagulant in water treatment. This research has been utilized Cengar clay as a liquid coagulant source. The liquid coagulant was made through extraction of the Cengar clay by using sulfuric acid solution with variation of concentration, temperature and extraction time. After measuring by Atomic Absorption Spectrophotometry methode, two liquid coagulants with the highest content of Al and Fe ions (mg/L) was found. There are (mg/L) : Al 28.118 and Fe 26.818 for liquid coagulant of Al>Fe type and Al 23.926 and Fe 34.993 for liquid coagulant of Al<Fe type, respectively. The two coagulants were applied onto peat water for removing Mn (II) and Mg (II) ions. The content of Mn (II) and Mg (II) in the peat water are 28.714 mg/L and 20.200 mg/L, respectively. Under coagulation treatment by the liquid coagulant of Al>Fe, the content of Mn (II) and Mg (II) in the peat water was reduced to 24.429 mg/L and 17.2 mg/L, similar to the liquid coagulant of Al<Fe where the content of Mn (II) and Mg (II) was also reduced to11.524 mg/L and 8.167 mg/L. The data were shown that the liquid coagulant of Al<Fe was more effective for reducing the content of Mn (II) ion as high as 59.9% and Mg (II) 14.9%. However, the content of Mn (II) ion in the peat water after treatment is not fulfilling the PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/ 1990 about the requirements list of clean water quality.
Key Words: Cengar clay, liquid coagulant, sulfuric acid, peat water ABSTRAK
Lempung sebagai produk alam yang berlimpah dapat digunakan untuk berbagai hal, salah satunya adalah sebagai koagulan dalam pengolahan air. Penelitian ini memanfaatkan lempung alam Cengar sebagai sumber koagulan cair. Koagulan cair dibuat melalui proses ekstraksi menggunakan asam sulfat dengan variasi konsentrasi, suhu dan waktu ekstraksi. Setelah melalui pengukuran dengan metode Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS), diperoleh 2 jenis koagulan cair dengan kadar ion Al dan Fe tertinggi, berturut-turut adalah (mg/L): Al 28,118 dan Fe 26,818 (Al>Fe) dan Al 23,926, Fe 34,993 (Al<Fe). Kedua koagulan cair ini diterapkan kepada air gambut untuk menyisihkan ion Mn (II) dan Mg (II). Kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) dalam
2
air gambut masing-masing adalah 28,714 mg/L dan 20,200 mg/L. Setelah perlakuan dengan koagulan cair Al>Fe, kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) turun menjadi 24,429 mg/L dan 17,2 mg/L, demikian pula untuk koagulan cair Al<Fe kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) dalam air gambut turun menjadi 11,524 mg/L dan 8,167 mg/L. Data-data tersebut menunjukkan bahwa koagulan cair Al<Fe lebih efektif menurunkan kandungan ion Mn (II) sebesar 59,9% dan ion Mg (II) 14,9%. Namun demikian, kandungan ion Mn (II) dari air gambut setelah perlakuan dengan koagulan cair Al<Fe belum memenuhi PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang daftar persyaratan kualitas air bersih.
Kata Kunci: Lempung Cengar, koagulan cair, asam sulfat, air gambut. PENDAHULUAN
Lempung yang banyak terdapat di lapisan kulit bumi merupakan tanah liat yang bersifat plastis saat lembab sehingga mudah dibentuk, tetapi keras dan kohesif saat kering serta mengandung oksida SiO2, Al2O3 dan Fe2O3. Adanya sejumlah oksida Al dan Fe pada lempung sangat berpotensi untuk dijadikan sebagai koagulan, karena aluminium dan besi merupakan ion pembentuk senyawa koagulan yang mampu mengikat partikel-partikel koloid (Ramdhani, dkk., 2010). Menurut Muhdarina (2011), lempung Cengar mengandung 14,73% Al2O3 dan 1,01% Fe2O3.
Pada umumnya jenis koagulan yang sering digunakan dalam proses pengolahan air adalah berfasa padat, seperti alum, poli aluminum klorida (PACl), feri klorida (FeCl3). Selain menggunakan koagulan berfasa padat, pengolahan air juga dapat dilakukan dengan menggunakan koagulan berfasa cair. Menurut Ramdhani, dkk (2010) koagulan cair dapat dihasilkan melalui proses ekstraksi menggunakan larutan asam sulfat (H2SO4) sehingga logam Al dan Fe pada lempung akan berikatan dengan ion sulfat membentuk koagulan cair Fe2(SO4)3 dan Al2(SO4)3.
Air gambut merupakan salah satu sumber air yang sangat mudah ditemukan di Riau, namun dalam penggunaannya masih banyak mengalami kendala. Salah satu kendala penggunaan air gambut sebagai sumber air bersih adalah pH rendah antara 2-5, tingginya zat organik yang terlarut, terutama dalam bentuk asam humus dan turunannya. Bahan ini bersifat amorf, hidrofilik, asam, berat molekul bervariasi, dan berwarna coklat atau hitam (Syarfi dan Herman, 2007). Warna air gambut disebabkan oleh adanya logam-logam seperti Mn, Fe, Mg, Ca yang bersenyawa dengan asam humat (Samosir, 2009). Logam besi menyebabkan air gambut berwarna kemerahan. Logam mangan menyebabkan air berwarna coklat kehitaman, sedangkan kalsium karbonat menimbulkan warna kehijauan. Bahan-bahan organik seperti tanin, lignin dan asam humus menimbulkan warna kecoklatan di perairan (Kusnaedi, 2006).
Koagulasi adalah proses yang penting dalam pengolahan air. Proses ini bersamaan dengan proses lain seperti sedimentasi dan filtrasi dapat digunakan untuk menyisihkan partikel-partikel koloid, tersuspensi, senyawa-senyawa organik maupun anorganik dalam air gambut. Tujuan utama proses koagulasi adalah untuk mendestabilisasi partikel koloid sehingga dapat bergabung dengan partikel lain membentuk agregat yang lebih besar sehingga akan lebih mudah mengendap dan lebih mudah disisihkan lewat proses filtrasi.
3
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan koagulan cair dari lempung alam Cengar melalui proses ekstraksi menggunakan larutan H2SO4 dengan variasi konsentrasi asam, suhu dan waktu ekstraksi. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan koagulan cair pada kondisi optimum berdasarkan variasi tersebut, selanjutnya koagulan cair yang dihasilkan diuji efektivitasnya untuk menyisihkan ion Mn (II) dan Mg (II) dari air gambut sehingga dapat dimanfaatkan sebagai air bersih sesuai dengan PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang daftar persyaratan kualitas air bersih.
METODE PENELITIAN a. Pembuatan Koagulan Cair
Lempung yang dijadikan sebagai bahan baku untuk pembuatan koagulan cair diambil di anak sungai Desa Cengar, Kecamatan Kuantan Mudik, Kabupaten Kuantan Singingi. Lempung digerus untuk mendapatkan diameter butiran lempung yang lebih kecil, dilanjutkan dengan pengayakan menggunakan ayakan ukuran 100 dan 200 mesh. Kadar air pada lempung diuapkan di dalam oven bersuhu 105°C. Proses kalsinasi dilakukan pada sampel selama 3 jam dengan suhu 500°C, kemudian dilanjutkan dengan proses ekstraksi. Sebanyak 15 gram sampel lempung dilarutkan dengan larutan H2SO4 variasi konsentrasi 0,2, 0,4 dan 0,6 mol masing-masing sebanyak 180 mL di dalam erlenmeyer 250 mL, dengan variasi suhu 30°C, 60°C, 100°C dilakukan di atas hotplate stirer (kecepatan 700 rpm) dengan variasi waktu 1, 2 dan 3 jam. Kemudian disaring dengan kertas saring whatman No. 42 menggunakan pompa vakum. Filtrat yang didapat merupakan koagulan cair yang kemudian diukur kadar Al dan Fe. Dua jenis kadar Al dan Fe tertinggi dipilih sebagai koagulan uji yang diterapkan kepada air gambut untuk menyisihkan ion Mn (II) dan Mg (II).
b. Uji Koagulan Cair dengan Air Gambut
Sebanyak 2 mL koagulan cair dikontakkan dengan 20 mL air gambut dengan kecepatan stirer 160 rpm selama 2 menit, setelah itu diperlambat menjadi 45 rpm selama 10 menit dan dihentikan. Larutan diendapkan selama 45 menit dan divakum dengan buchner menggunakan kertas saring whatman No.42. Filtrat yang didapat dianalisis kadar ion Mn (II) dan Mg (II) menggunakan alat Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS).
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Koagulan cair
Hasil ekstraksi dan pengukuran dengan AAS yang telah dilakukan, diperoleh 2 jenis koagulan cair dengan kandungan ion Al dan Fe (mg/L) tertinggi yaitu Al = 28,118 dan Fe = 26,818 (Al>Fe) dengan variasi 0,6 mol; 1 jam; 100oC dan Al = 34,993 Fe = 23,926 (Al<Fe) dengan variasi 0,6 mol; 1jam; 30oC (Gambar 1).
4
Gambar 1. Kandungan ion Al dan Fe dalam 2 jenis koagulan cair
Gambar 1 menunjukkan peningkatan konsentrasi larutan H2SO4 pada proses ekstraksi akan meningkatkan kandungan ion Al dan Fe yang terekstraksi. Semakin tinggi konsentrasi asam berarti semakin banyak jumlah partikel-partikel asam yang akan bereaksi dengan lempung, sehingga kemungkinan untuk terjadinya tumbukan akan semakin besar. Semakin besar tumbukan juga akan meningkatkan reaksi yang berlangsung. Konsentrasi merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi.
Selain konsentrasi, faktor yang mempengaruhi hasil ekstraksi ion Al dan Fe adalah suhu ekstraksi. Gambar 1 menunjukkan bahwa koagulan cair Al>Fe dengan suhu 100oC, ion Al yang terekstraksi 28,118 mg/L, pada koagulan cair Al<Fe suhu 30 oC, ion Al yang terektraksi turun menjadi 23,926 mg/L. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi suhu ekstraksi, maka ion Al yang terekstraksi semakin meningkat. Lempung yang dilarutkan dalam larutan H2SO4 merupakan reaksi endotermik dimana kelarutan fasa padat akan berbanding lurus dengan suhu, karena suhu mempengaruhi laju reaksi kimia. Semakin tinggi suhu maka laju reaksi kimia juga akan meningkat. Apabila suhu dinaikkan maka molekul-molekul akan bergerak lebih cepat, sehingga tumbukan antar molekul lebih sering terjadi. Pergerakan molekul yang lebih cepat juga akan mengakibatkan energi yang cukup untuk bereaksi (Diana dan Notodarmojo, 2010).
Berbeda dengan ion Fe pada koagulan cair Al>Fe suhu 100oC, ion Fe yang terekstraksi 26,818 mg/L dan koagulan cair Al<Fe suhu 30oC, ion Fe yang terekstraksi meningkat 34,993 mg/L. Berdasarkan data tersebut, pada suhu ekstraksi yang rendah (30oC) didapatkan kandungan ion Fe lebih besar dari pada kondisi yang lain. Dilihat dari jari-jari ion Al dan Fe, ion Fe memiliki jari-jari ion yang lebih besar dibanding Al masing-masing 77 pm dan 50 pm (Chang, 1998) sehingga ion Fe akan lebih dahulu berikatan dengan larutan H2SO4 pada suhu rendah.
28,118 23,926 26,818 34,993 0 5 10 15 20 25 30 35 40 KC γ; 1 jam; 100°C KC γ; 1 jam; 30°C K an d u n gan i on A l d an F e (m g/ L ) Koagulan Cair Al Fe Al >Fe Al<Fe
5 b. Analisis ion Mn (II) dan Mg (II)
Hasil koagulasi air gambut dengan 2 jenis koagulan cair diperoleh bahwa penurunan kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) dari air gambut untuk masing-masing koagulan cair berbeda-beda (Gambar 2 dan 3).
Gambar 2. Pengaruh kandungan ion Mn (II) dari air gambut
Gambar 3. Pengaruh kandungan ion Mg (II) dari air gambut
Dilihat dari Gambar 2 dan 3 koagulan cair Al<Fe sangat efektif dalam menurunkan kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) dari air gambut dibanding dengan koagulan cair Al>Fe. Koagulan cair yang dihasilkan merupakan campuran dari ion Al dan Fe. Dalam koagulan cair ini kandungan ion Fe lebih dominan dibanding ion Al,
28,714 24,429 11,524 0 5 10 15 20 25 30 35 K an d u n gan logam M n ( m g/ L ) Koagulan Cair (KC) AG Al>Fe Al<Fe AG Al >Fe Al <Fe 20 17,2 8,167 0 5 10 15 20 25 K an d u n gan logam M g (m g/ L ) Koagulan Cair (KC) AG Al>Fe Al<Fe AG Al > Fe Al < Fe
6
sehingga yang berperan sebagai koagulan cair adalah Fe2(SO4)3 yang membawa muatan positif (Fe3+). Adanya ion Fe3+ yang lebih banyak dalam koagulan cair Al<Fe menyebabkan ion Fe3+ akan teradsorpsi dengan mudah terhadap partikel koloid yang bermuatan negatif sehingga terjadi netralisasi muatan kemudian terbentuk gumpalan partikel yang makin lama makin besar dan cepat mengendap. Koagulan cair Al<Fe juga memiliki nilai pH yang tinggi 2,84 dibanding dengan koagulan cair Al>Fe 2,62. Selain itu dilihat dari jari-jari ion Al dan Fe, ion Fe memiliki jari-jari ion yang lebih besar dibanding Al, masing-masing 77 pm dan 50 pm (Chang, 1998) sehingga ion Fe lebih mudah untuk berikatan dengan partikel-partikel lain dalam hal ini ion Mn (II) dan Mg (II) dari air gambut. Pada air permukaan, ion Mn dan Mg berada dalam bentuk terlarut, tergantung pada faktor-faktor seperti pH, keberadaan anion dan potensial reduksi oksidasi (Normaningsih, 2009).
Hasil penelitian ini diperoleh bahwa penurunan kandungan ion Mn (II) dari air gambut setelah perlakuan dengan koagulan cair Al<Fe melalui proses koagulasi-flokulasi sebesar 11,524 mg/L. Berdasarkan daftar persyaratan kualitas air bersih menurut PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 bahwa kandungan ion Mn (II) yang diperbolehkan dalam air bersih adalah 0,5 mg/L. Dengan demikian, kandungan ion Mn (II) dari air gambut setelah perlakuan dengan koagulan cair Al<Fe belum memenuhi PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang daftar persyaratan kualitas air bersih.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan pada penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa didapatkan 2 jenis koagulan cair dengan kandungan ion Al dan Fe (mg/L) tertinggi yaitu Al>Fe variasi 0,6 mol; 1 jam; 100oC (Al = 28,118 dan Fe = 26,818) dan Al<Fe variasi 0,6 mol; 1 jam; 30oC (Al = 23,926 dan Fe = 34,993). Setelah dilakukan proses koagulasi air gambut dengan 2 jenis koagulan cair tersebut didapatkan bahwa koagulan cair Al<Fe lebih efektif dalam menurunkan kandungan ion Mn (II) dan Mg (II) dari air gambut masing-masing 11,524 mg/L dan 8 mg/L dibanding dengan koagulan cair Al>Fe dengan perlakuan yang sama. Dari data yang didapatkan kandungan ion Mn (II) dari air gambut setelah perlakuan dengan koagulan cair Al<Fe belum memenuhi PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 tentang daftar persyaratan kualitas air bersih.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada penyandang dana, dalam hal ini Universitas Riau melalui Lembaga Penelitian Universitas Riau melalui skim Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi (PUPT) tahun 2013 yang merupakan proyek Dr. Muhdarina, dkk. Ucapan yang sama juga disampaikan kepada pihak-pihak yang berjasa dalam pengumpulan data penelitian ini, yaitu: Laboratorium Kimia Fisika FMIPA Universitas Riau, Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA Universitas Riau, Laboratorium Bahan Teknik Sipil Universitas Riau atas segala kemudahan pemakaian fasilitas yang telah diberikan dan Laboratorium Air Fakultas Teknik, Universitas Andalas Padang.
7
DAFTAR PUSTAKA Chang,R,. 1998. Chemistry 6th. McGraw-Hill. Boston
Diana,R.M dan Notodarmojo,. 2010. Studi Awal Pemanfaatan Lempung Paminggir Sebagai Koagulan Cair. www. ftsl. itb. ac. id [Maret 2011]
Muhdarina. 2011. Pencirian Lempung Cengar Asli dan Berpilar serta Sifat Penjerapannya Terhadap Logam Berat. Tesis. Universitas Kebangsaan Malaysia, Malaysia
Normaningsih,Y,. 2009. Kandungan Mangan Dalam Air Sungai Riam Kanan Dan Hati Ikan Nila (Oreochromis niloticus L) Di Kecamatan Karang Intan Kabupaten Banjar. BIOSCIENTIAE. 6 (2): 15-25
Ramdhani,W,P., Mahmud dan Soewondo,P,. 2010. Kadar Aluminium (Al) Dan Besi (Fe) Dalam Proses Pembuatan Koagulan Cair Dari Lempung Lahan Gambut. www. ftsl. itb. ac. id [Maret 2011]
Samosir,A,. 2009. Pengaruh Tawas Dan Diatomea (Diatomaceous Earth) Dalam Proses Pengolahan Air Gambut Dengan Metode Elektrokoagulasi. Skripsi. Departemen Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sumatera Utara, Medan
Kusnaedi. 2006. Mengolah Air Gambut dan Kotor untuk Air Minum. Penerbit Penebar Swadaya, Jakarta. 17-20
Syarfi dan Herman,S,. 2007. Rejeksi Zat Organik Air Gambut Dengan Membran Ultrafiltrasi. Jurnal Sains dan Teknologi. 6 (1): 1-4
